用于材料表面处理的方法及专用装置与流程

本发明属于材料领域，具体涉及一种用于材料表面处理的方法及专用装置。

背景技术：

中国专利cn108544084a公布了一种采用激光对材料表面进行改性的处理装置。该装置结构复杂，造价高，在处理原子量级厚度材料时会不可避免对基板材料造成损伤并造成毛边，处理效率随处理面积增大降低。

中国专利cn112233955a公布了一种采用离子源进行离子刻蚀表面处理的方法和设备。该设备造价高昂，离子能量分布均匀度差，易造成基板损伤和不希望的多余处理。

中国专利cn108212950b公布了一种极紫外光清洗设备，通过智能调控稳定腔室内氧气浓度，使产生的活性氧原子和臭氧浓度稳定来达到清洗效果。但该方法产生的活性基团在基板表面上方无序运动，仅有部分随机到达基板表面，表面处理效果不确定，随机性强，处理效果较差。

中国专利cn110862083a和cn107611020a公布了一种通过磁场吸引顺磁性的强氧化性基团到石墨烯表面反应实现图案化的方法。该方法涉及采用复杂的真空腔体系统和磁场强度设计，不适合大面积材料工件加工，真空获得也导致工艺时间加长，不便于生产线流水作业。

中国专利cn104752156a公布了一种将纳米碳质材料薄膜图案化的方法，通过紫外线将外置臭氧发生器产生的臭氧分解成活性原子氧，同时利用紫外线将碳质材料共价键断开生成活性碳原子，使两者反应生成气态氧化碳，实现表面刻蚀图案化的目的。该方法主要通过分解臭氧间接产生活性氧原子，产生的活性氧原子在待处理材料表面无序运动，处理效率较差，需要高温加热材料才能提升效率，不利于大面积表面处理。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于材料表面处理的方法。

同时，本发明还公开了上述材料表面处理的方法适用的一种专用装置。

技术方案：为了达到上述发明目的，本发明具体是这样来实现的：用于材料表面处理的方法，将反应气经紫外光线照射后生成强氧化性活性基团，将强氧化性基团定向导至材料表面进行处理。

优选地，材料为能够被氧化的材料。

优选地，反应气体为氧气和水蒸气。

优选地，强氧化性活性基团是活性氧基团o(3p)或活性中间体ho·。

优选地，材料表面进行处理的过程包括对材料表面进行清洗、氧化、改性或刻蚀。

优选地，反应气体为氧气，用氮气或氩气保护，含氧量≤0.01v/v％，气体常压一个大气压。

优选地，反应气体为水蒸气，用氮气或氩气保护，水蒸气含量≤0.2v/v％，气体常压一个大气压。

优选地，气体以气流的形式经过紫外线照射区域，产生的强氧化性基团随气流被导引至垂直于气流的材料表面进行处理。

优选地，采用波长为126nm、146nm、175nm、193nm或其中任意组合的紫外光线。氧和水分子在这几个紫外波长的光吸收系数高达107/m，易于生成活性基团。同时这几个波长的光源制作所需的高透光材料仍能从市场上获得。而比126nm更短波长的光源系统复杂昂贵，无法采用简便的高透光材料窗口导出紫外光，因此也无法用于工业生产线流水作业。

强氧化性活性基团具体是通过以下反应获得：

o2+hν→o(3p)+o(3p)，hν指紫外光子能量，其真空紫外波长λ为126、146、175、193nm其中任意组合的紫外光线；

h2o+hν→ho·+h·，hν指紫外光子能量，其真空紫外波长λ为126、146、175、193nm其中任意组合的紫外光线。

上述用于材料表面处理的方法可以选用专用装置进行处理，包括一个反应器，反应器内部由一组平行的均流板分隔为三个部分，顶部的气体混合区、两均流板之间的紫外光照射区、底部的氧化反应区；混合区对应的反应器部分设有反应气体入口及保护气体入口，紫外光照射区内通过均流板夹持固定有一组紫外光灯，氧化反应区内设置工作台、对应的反应器底部设有尾气出口。

有益效果：本发明与传统技术相比，存在以下优点：

(1)本发明处理过程为柔和的光化学反应，不损伤材料基底材质，无多余处理步骤；

(2)本发明将活性基团导引至材料表面反应，处理结果可控，重复性好，效率高，适于大面积高精度表面；

(3)本发明所采用设备结构简单，投资成本低，易于升级为大型大面积处理设备。

附图说明

图1为适用于材料表面处理的装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

将氧气及氮气通入反应器，控制含氧量≤0.01v/v％，气体常压一个大气压；将混合气体以气流的形式经过紫外线照射区域(紫外波长为126nm)产生强氧化性基团，强氧化性基团随气流被导引至垂直于气流的材料表面进行处理，如液晶显示玻璃表面的有机污染物可在0.5分钟内被氧化成二氧化碳和水蒸气，气化逃逸，留下干净的玻璃表面，达到制造工艺要求。

实施例2：

将水蒸气及氩气通入反应器，控制水蒸气含量≤0.2v/v％，气体常压一个大气压；将混合气体以气流的形式经过紫外线照射区域(紫外波长为146nm)产生强氧化性基团，强氧化性基团随气流被导引至垂直于气流的材料表面进行处理，如晶体硅表面可在30分钟内被氧化产生晶圆制造所需的绝缘层二氧化硅。

实施例3：

将氧气及氩气通入反应器，控制含氧量≤0.01v/v％，气体常压一个大气压；将混合气体以气流的形式经过紫外线照射区域(紫外波长为175nm)产生强氧化性基团，强氧化性基团随气流被导引至垂直于气流的材料表面进行处理，如塑料表面可在60分钟内被氧化后表面能发生改变从而增加了与表面印刷油墨的粘接性。

实施例4：

将水蒸气及氮气通入反应器，控制水蒸气含量≤0.2v/v％，气体常压一个大气压；将混合气体以气流的形式经过紫外线照射区域(紫外波长为146nm)产生强氧化性基团，强氧化性基团随气流被导引至垂直于气流的材料表面进行处理，如石墨或碳素表面加盖掩膜使其未遮盖部分可在30分钟内被氧化，生成的二氧化碳气化逃逸，留下工艺所需的微观结构。

实施例5：

如图1所示的用于材料表面处理的专用装置，包括一个反应器1，反应器1内部由一组平行的均流板2分隔为三个部分，顶部的气体混合区3、两均流板之间的紫外光照射区4、底部的氧化反应区5；混合区3对应的反应器部分设有反应气体入口6及保护气体入口7，紫外光照射区4内通过均流板2夹持固定有一组紫外光灯8，氧化反应区5内设置工作台9、对应的反应器1底部设有尾气出口10。具体操作过程中，通过反应器侧壁的开口将待处理工件放入氧化反应区的工作台上，工作台也可以选择可加热式工作台提高强氧化基团与待反应工件的氧化速度，然后打开反应气体入口及保护气体入口，控制反应气体含量，反应气体与保护气体在压力控制下先经过紫外光灯进行氧化，生成强氧化基团，接着强氧化基团在压力控制下通过均流板后均匀地射在待处理工件表面进行清洗、氧化、改性或刻蚀。